Понятие коллоидной системы. Коллоидная химия. Развитие представлений о коллоидных системах, их типы и свойства. Лиофобные золи. Лиофильные коллоиды и области приминения коллоидов. Коллоидно-химическая физиология человека, клеток и тканей организма.
Аннотация к работе
Коллоидные дисперсные системы (дисперсии) - микрогетерогенные образования, в которых одно мелкораздробленное вещество - дисперсная фаза - равномерно распределено (диспергировано) в другой фазе - дисперсионной среде. «коллоидами» называли клееподобные аморфные тела (в отличие от кристаллических тел, «кристаллоидов»); теперь термин «коллоиды» - синоним высокодисперсных (микрогетерогенных) систем, то есть дисперсных систем с наиболее развитой поверхностью раздела фаз. К ним относятся, например, самопроизвольное укрупнение частиц твердой дисперсной фазы или капель жидкости (коагуляция и коалесценция ) как проявление термодинамической (агрегативной) неустойчивости дисперсных систем; застудневание жидких дисперсных систем с образованием гелей и возникновение пространственных дисперсных структур ; взаимодействие соприкасающихся тел (трение, адгезия ) и изменение этого взаимодействия под влиянием веществ, адсорбирующихся на поверхностях соприкосновения; явления в тонких жидких и твердых пленках; самопроизвольное диспергирование жидкостей и твердых тел. В 1857 М.Фарадей приготовил коллоидный раствор золя золота и показал, что сильный пучок (луч) света значительно рассеивается, проходя через эту дисперсию, таким образом, что его путь становится видимым - так же, как это происходит с лучом света в пыльной комнате или лучом от автомобильных фар туманным вечером. В этих системах, однако, всегда существует некоторое (часто значительное) сродство между поверхностью диспергированных частиц и дисперсионной средой (иначе поверхность частицы не смачивалась бы и дисперсия бы не образовалась), так что частицы этих «лиофобных» дисперсий на самом деле имеют «лиофильные» поверхности.Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы. Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды. Коллоидно-химическая физиология человека - это раздел науки, изучающий функционирование систем организма человека, образующих коллоидные соединения. Из коллоидов, богатых белками соединительной ткани (аминокислоты пролин и глицин), состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь. С точки зрения коллоидно-химической физиологии человека его организм представляет собой сложный комплекс коллоидных систем в их постоянном динамическом взаимодействии.Кровь является типичными примером ткани организма, где одни коллоиды находятся внутри других. В.А.Исаев дает определение крови как дисперсной системе, в которой форменные элементы - эритроциты, тромбоциты, лейкоциты являются фазой, а плазма - дисперсной средой. Таким образом, форменные элементы не могут считаться дисперсной фазой коллоидной системы и сами представляют из себя коллоид в коллоиде. Основной дисперсионной средой является вода, дисперсионная фаза представляет собой самые разнообразные по химическому составу и молекулярному строению вещества: от молекул аминокислот и олигопептидов до крупных белковых молекул (фибрин, альбумины, глобулины, ферменты, нуклеопротеиды, гормоны белковой природы, транспортные белки и др.), от молекул моно-и дисахаридов и жирных кислот до лецитинов, триглицеридов и липидных хиломикронов высокой и низкой плотности. Обращая свои лиофобные группы (-CH2 , - CH3 и др.) в сторону нерастворимых в воде молекул липидов, стероидов и жирных кислот, а гидрофильные концы (-COOH,-NH2,-SH) - в сторону молекул воды и электролитов, белки являются основными стабилизаторами коллоидной системы плазмы крови.Это позволяет поручать липосомам переносить широкий круг фармакологически активных веществ: противоопухолевые и противомикробные препараты, гормоны, ферменты, вакцины, а также дополнительные источники энергии для клетки, генетический материал. В-третьих, липосомы сравнительно легко разрушаются в организме, высвобождая доставленные вещества, но в пути следования липосомы, сами лишенные свойств антигена, надежно укрывают и свой груз от контакта с иммунной системой и, стало быть, не вызывают защитных и аллергических реакций организма. Дело может на этом закончиться, а может пойти дальше: липосому поглотит клетка (этот процесс «заглатывания» называется эндоцитоз), и вместе с ней внутрь клетки попадут те вещества, которые она доставила. Формы взаимодействия липосом с мембраной клетки: липосома может увеличить проницаемость мембраны - вызвать образование дополнительных каналов (I); может прикрепиться к мембране - адсорбироваться (II); важная форма взаимодействия - поглощение липосомы клеткой, в этом случае вещество, принесенное липосомой, попадает непосредственно в клетку (III); иногда клеточная мембрана и липосома обмениваются липидами (IV), а в других случаях мембраны липосомы и клетки сливаются (V).Как носители лекарств липосомы наиболее широкое применение получили в экспериментальной онкологии. Таким образом, липосомы помогают дольше сохранять высокий уровень концентрации лекарственных
План
Содержание
Глава 1. Коллоидные системы. Общие сведения 3
1.1 Понятие коллоидной системы. Коллоидная химия. 3
1.2 Развитие представлений о коллоидных системах и их свойствах 5
1.3 Типы и свойства коллоидных систем. Лиофобные золи. Лиофильные коллоиды. Области практического приминения коллоидов 8
Глава 2 Организм человека как единая коллоидная система. Биологическая роль основных коллоидных систем организма. 26
2.1 Коллоидно-химическая физиология человека. 26
2.2 Коллоидная система клеток и тканей организма 27
2.3. Ткани организма как коллоидные системы 28
Глава 3 Коллоиды как лекарственные средства. 35
Заключение 45
Библиография 50
Глава 1. Коллоидные системы. Общие сведения
1.1. Понятие коллоидной системы. Коллоидная химия.
Вывод
Коллоидные дисперсные системы (дисперсии) - микрогетерогенные образования, в которых одно мелкораздробленное вещество - дисперсная фаза - равномерно распределено (диспергировано) в другой фазе - дисперсионной среде. В коллоидных системах размер частиц дисперсной фазы составляет 10-9-10-7 м, т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта область превосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в обычном оптическом микроскопе.
Вся природа - организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра - представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполне универсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело. Этим определяется особое положение коллоидной химии - науки, занимающейся изучением коллоидных систем и их поверхностных явлений, развитие которой осуществляется в непосредственном контакте и взаимодействии со многими, часто не связанными между собой областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства.
Важный вклад в изучение коллоидных систем организма человека внесли труды Л. Михаэлиса, Г.Шаде, В. Оствальда, П. Ребиндера, Ф.Гофмейстера, Э. Абдергальдена, Г.Фрейндлиха и др.
Коллоидная химия изучает все многообразие коллоидных систем, включающее следующие их типы: 1.Золи. 2. Гели.3. Эмульсии. 4. Пены. 5. Аэрозоли.
Основными свойствами коллоидного состояния веществ в биологических системах являются: 1.Броуновское движение частиц дисперсной фазы. 2. Неспособность к ультрафильтрации и прохождению их через полупроницаемые мембраны. 3. Низкие значения или отсутствие осмотического потенциала. 4.Способность к коагуляции. 5. Поверхностные свойства - способность к адсорбции различных веществ. 5. Переходы золь-гель и обратно.6. способность к набуханию.
Глобальная роль коллоидов заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы.
Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды.
Коллоидно-химическая физиология человека - это раздел науки, изучающий функционирование систем организма человека, образующих коллоидные соединения. Можно сказать, что весь организм человека - это сложная коллоидная система в ее связи с поверхностными явлениями.
Из коллоидов, богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь.
С точки зрения коллоидно-химической физиологии человека его организм представляет собой сложный комплекс коллоидных систем в их постоянном динамическом взаимодействии. Мельчайшей структурно-функциональной единицей организма является клетка. Уже сама клетка представляет собой сложный комплекс коллоидных образований, основными из которых являются клеточные мембраны, гиалоплазма, ядро, ЭПР и др. Основными функциями коллоидов мембран клетки являются: барьерная, метаболическая, разделительную, каркасную, защитную поддержания тургора в растительных клетках, транспортная, контактная (плазмодесмы, десмосомы), ферментативная и другие. Мембраны принимают участие в образовании клеточных органелл (ядра, митохондрий, лизосом, комплекса Гольджи и др.). Одной из важнейших функций мембран является их участие в лиганд-рецепторном взаимодействии (гликокаликс), обеспечивающем «узнавание» и распознавание чужеродной антигенной информации и обеспечение так называемых клеточных контактов.
Гиалоплазма клеток также представляет собой сложную коллоидно-дисперсную систему, в функции которой входит формирование цитоскелета клетки (коллоидно-белковая система, пронизывающая клетку). Цитоскелет обеспечивает движение клеток, цитоплазмы, органелл, транспорт веществ и формирует каркас клетки. Гиалоплазма и ее коллоиды объединяют клетку в единое целое.
Наиболее изученной является такая коллоидная система организма как кровь. Кровь - это совокупность дисперсных систем. В плазме крови дисперсной фазой являются белки и жиры, а дисперсной средой вода. В свою очередь, форменные элементы крови могут рассматриваться как дисперсная фаза по отношению к плазме, которая в этом случае выполняет роль дисперсной среды. Сами клетки крови - тромбоциты, эритроциты, лейкоциты представляют собой, как и любые другие клетки организма, сложные по составу дисперсные системы. Важнейшие функции крови - дыхательная, питательная, транспортная, выделительная, терморегуляционная, регуляторная (PH, гормоны и др.), защитная (системы свертывания - противосвертывания, антитела, цитокины).
Практически любая жидкость или ткань организма человека представляет собой коллоидно-дисперсную среду. Таковыми являются, например, лимфа, молоко содержимое желудочно-кишечного тракта, желчь, спинномозговая жидкость, моча.
Моча представляет собой гидрофильный золь, состоящий из мицелл уратов, фосфатов и оксалатов. Молоко грудных желез и лимфа это сочетание эмульсии с белковым золем. Соединительнотканные волокна это гели.
При патологических изменениях в организме в коллоидном состоянии находятся белки отечной жидкости (транссудаты) или белки в воспалительных экссудатах. Нарушение коллоидных свойств вышеуказанных сред организма приводят в крови к образованию тромбов, и как следствие развитие инсультов и инфарктов. В желчи и моче при этом образуются камни, в суставной ткани - выпадение солей мочевой кислоты (подагра).
Таким образом, коллоидные системы суть основа химического состояния всех веществ, из которых построены клетки, ткани и органы организма человека. Этим и обусловлено многообразие функций, которые обеспечивают в организме коллоидные системы. Многообразие их функций можно условно разделить на 3 группы, которые безусловно тесно связаны между собой.
1.Функции, связанные с физико-химическими свойствами коллоидов: 1.1 Обеспечение и регуляция проницаемости мембран
1.2 Регуляция онкотического и (в меньшей степени) осмотического давления.
1.3 Обеспечение и регуляция поверхностного натяжения сред организма.
1.4 Регуляция РН
1.5 Ферментативная функция.
1.6 Детоксикация организма.
2.Функции общебиологического значения: 2.1 Барьерная и разделительная.
2.2 Опорно-двигательная.
2.3 Транспортная
2.4 Питательная.
2.5 Биосинтетическая.
2.6 Дыхательная.
2.7 Выделительная.
2.8 Терморегуляционная.
2.9 Репродуктивная.
2.10 Обеспечение клеточных контактных взаимодействий и распознавание генетической информации.
3.Специфические функции: 3.1 Регуляторные белки (гормоны, медиаторы иммунитета - цитокины, и др.)
3.2 Обеспечение свертывания крови и фибринолиза
3.3 Регуляция сосудистого тонуса (калликреин-кининовый каскад, система белков ренин-ангиотензин и др.).
3.4 Обеспечение иммунологических реакций (каскад белков системы комплемента и др.).
3.5 Рецепторная.
Применение коллоидов находит все большее применение в медицинской практике.
От использования простых коллоидных золей для местной заживляющей терапии и применения солей алюминия и магния для понижения кислотности желудка до использования гидрокси алюминия в качестве стабилизатора и носителя лекарственных веществ и далее к использованию липосом и нанокапсул.
Список литературы
1. Фролов Д.Г. Курс коллоидной химии. М., 1989
2. Петрянов-Соколов И.В. Коллоидная химия и научно-технический прогресс. М., 1988
3. Пасынский А. Г., Коллоидная химия, 3 изд., М., 1968
4. Воюцкий С. С., Курс коллоидной химии, М., 1964
5. Ребиндер П. А., Влодавец И. Н., Физико-химическая механика пористых и волокнистых дисперсных структур, в кн.: Проблемы физико-химической механики волокнистых и пористых дисперсных структур и материалов, Рига, 1967
6. Ребиндер П. А., Фигуровский Н. А., Коллоидная химия , в кн.: Развитие физической химии в СССР, под ред. Я. И. Герасимова, М., 1967, с. 239
7. Збарский Б.И., Иванов И. И., Мардашев С. Р., Биологическая химия, М., 1954
8. Фукс Н. А., Механика аэрозолей, М., 1955
9. Эмульсии, пер. с англ., Л., 1972
10. Bild der Wissenshaft, 1994. - B. 11, S. 38-41
11. Рубинштейн Д. Л., Физико-химические основы биологии, М.,1932
12. Шаде Г., Физическая химия во внутренней медицине, Л.,1930
13. Аэрозоли - пыли, дымы и туманы, пер. с англ., Л., 1969
14. Абдергальден Э., Учебник физиологической химии, М.,1934